WO2019059609A1 - 이송대상유체의 압력을 측정하는 펌프, 이를 이용하는 유체운송 시스템과 그 시스템의 동작 방법 - Google Patents

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신운섭
주은화
손세미
이영주
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서강대학교산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a pump for measuring the pressure of a fluid to be transported, a fluid transport system using the pump, and a method of operating the system.
  • a metering pump is a pump that constantly delivers liquid per unit time. It can be divided into a diaphragm pump (membrane pump), a gear pump, a peristaltic pump, a syringe pump, and the like, and is used in a wide range of industrial fields.
  • the diaphragm pump pulsates the separating plate of an elastic thin film to perform suction or discharge of liquid by a change in volume, and is used for a small-capacity pump or a metering pump such as a drug injection. Due to the nature of such a reciprocating pump, the flow of liquid is intermittent due to repeated intake and discharge of the liquid, and inertia is generated in the liquid flowing through the flow path, thereby continuously generating vibration in the flow path, It can cause malfunction. In addition, minute foreign matter may cause clogging of the flow path, thereby causing malfunction of the pump. Such unstable driving causes difficulties in using a diaphragm pump, particularly in the injection of a drug into the human body.
  • the intrathecal drug administration system is widely used as an implantable drug infusion pump in the treatment of cancer pain or chronic pain, mainly in patients with severe pain and chronic pain.
  • IDAS intrathecal drug administration system
  • catheter clogging or malfunction of the pump is very important in relation to the life of the patient. Therefore, a method has been developed to incorporate a pressure sensor in the flow path to monitor the malfunction of the pump.
  • the inclusion of the sensor in the flow path can contaminate the fluid to be transported in the flow path, and thus it is difficult to apply to the implantable drug infusion pump.
  • U.S. Published Patent Application No. 2013-0121880 discloses a technique in which a vibration of a specific frequency is applied through a pressure transmission medium (exciter) in a flow path, The size of the pump is increased in that it is necessary to further include a vibrator or the like.
  • a vibration of a specific frequency is applied through a pressure transmission medium (exciter) in a flow path,
  • the size of the pump is increased in that it is necessary to further include a vibrator or the like.
  • the sample is injected into the human body, There is still a limit in that it can cause harm to the human body due to vibration.
  • the present invention has been made in order to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a pump configured to efficiently measure a pressure of a flow path without contaminating the liquid in the flow path, a fluid transportation system using the same, do. It should be understood, however, that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems may exist.
  • a first aspect of the present invention provides a pumping apparatus comprising: a pumping unit alternately generating a positive pressure and a negative pressure; A first diaphragm provided at one side of the pumping part and deforming in shape as a positive pressure and a negative pressure are alternately generated; A transfer chamber provided at one side of the first diaphragm for sucking and discharging the fluid to be transferred corresponding to the deformation of the first diaphragm; A second diaphragm provided on the other side of the pumping part and deforming in shape as the positive pressure and the negative pressure are alternately generated; A monitoring chamber provided at one side of the second diaphragm, the pressure chamber corresponding to the deformation of the second diaphragm; And a pressure measuring unit for measuring a pressure change of the monitoring chamber.
  • the second aspect of the present invention includes a first diaphragm and a second diaphragm provided on both sides of a pumping part alternately generating a positive pressure and a negative pressure and changing the shape according to the positive pressure and the negative pressure,
  • a pump including a transfer chamber for sucking and discharging the fluid to be transferred in accordance with the change, and a monitoring chamber for changing the pressure according to the shape change of the second diaphragm, the pressure measuring unit measuring the pressure of the monitoring chamber;
  • a suction path which is a fluid transfer path through which the fluid to be transferred discharged from the reservoir is sucked into the pump;
  • a discharge path which is a fluid transfer path of the fluid to be transferred discharged from the pump;
  • And a control circuit for monitoring an abnormality of the pump by monitoring the pressure value measured by the pressure measuring unit.
  • a method of operating a pump comprising the steps of: (a) moving at least a part of a first diaphragm forward and backward to move and deliver a fluid to be transferred to a transfer chamber provided at one side of a first diaphragm, Alternately supplying a voltage of a polarity; (b) monitoring a pressure change of the monitoring pump provided at one side of the second diaphragm; And (c) detecting an abnormality of the pump based on a change pattern of the pressure value measured for a predetermined period of time and an average value of the pressure value measured for a predetermined period of time. .
  • the second diaphragm is supplied with alternating voltages of different polarities to the pumping part, so that at least part of the second diaphragm is moved forward and backward in the same direction as the first diaphragm.
  • a fourth aspect of the present invention provides a computer-readable recording medium on which a program for implementing the method of the third aspect is recorded.
  • FIG. 1 is a view showing a configuration of a pump according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A shows a configuration of a pumping section according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B shows an example in which the fluid in the pumping section is changed in accordance with the reversible electrochemical reaction according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A shows an experimental environment for testing a correlation between a pressure change in the monitoring chamber and a pressure change measured in the fluid to be transferred according to the driving of the pump
  • FIG. 3B shows the experimental result of FIG.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of a fluid delivery system using the pump of FIG. 1 in accordance with one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining the principle of movement of a fluid to be transferred in a fluid transport system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flow chart illustrating a method for a control circuit to detect an anomaly in a pump according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 shows a fluid delivery system used in an experiment.
  • FIG. 8 shows an experimental result of detecting the non-operation of the pumping unit using the fluid transportation system of FIG.
  • 9 and 10 are experimental results of detecting the clogging of the flow path by using the fluid transportation system of FIG.
  • FIG. 1 is a view showing a configuration of a pump according to an embodiment of the present invention.
  • a pump 10 includes a pumping unit 13 for generating a positive pressure and a negative pressure alternately, and a pump 13 for generating a positive pressure and a negative pressure.
  • a transfer chamber 14 for sucking and discharging the fluid to be transferred corresponding to the deformation of the first diaphragm 11 in accordance with the deformation of the first diaphragm 11 and a second diaphragm 11 provided on the other side of the pumping part 13,
  • a second diaphragm 12 whose shape is deformed, a monitoring chamber 15 whose pressure changes in response to deformation of the second diaphragm 12, and a pressure measuring unit 16 measuring pressure change of the monitoring chamber 15 .
  • the monitoring chamber 15 may be filled with gas or fluid, and the pressure measuring unit 16 may be a pressure sensor that measures the pressure of the gas or fluid.
  • the pumping section 13 may include one or more components that alternately generate positive pressure and negative pressure.
  • the pumping part 13 may be configured to deform the rotational force of a motor (not shown) into a reciprocating motion to reciprocate the fluid and / or gas filled in the pumping part 13, thereby moving the first and second diaphragms 11 , 12) of at least one component that alternately delivers negative pressure and positive pressure.
  • the pumping portion 13 may include, but is not limited to, at least one component that reciprocates the fluid and / or gas through the electrochemical reaction.
  • the pumping portion 13 may be implemented using an electro-osmosis principle.
  • the pump 10 is an electroosmotic pump, which utilizes fluid movement due to electroosmotic phenomenon generated when a voltage is applied to both ends of a capillary or porous membrane by using an electrode. Unlike a mechanical pump, There is no moving part, and it is silent. It has the advantage of controlling the flow rate effectively in proportion to the voltage applied.
  • FIG. 2A shows a configuration of a pumping section according to an embodiment of the present invention.
  • the pumping unit 13 includes a membrane 23, a first electrode 21 and a second electrode 22 provided on both sides of the membrane 23, And strips 24 and 25 that store the electrodes 21 and 22 and transmit power to the electrodes 21 and 22, respectively.
  • the strips 24 and 25 are provided with connecting members 24a and 25a to the power supply unit 27 to transmit the power supplied from the power supply unit 27 provided outside the pump 10 to the electrodes 21 and 22 do.
  • the pumping portion 13 generates a positive pressure and a negative pressure through the fluid flow between the membrane 23 and the first and second electrodes 21 and 22.
  • the membrane 23 is installed in the fluid path portion 26 through which the fluid moves, and is formed of a porous material or structure to allow movement of the fluid, as shown on the right side of FIG. 2A.
  • the first electrode 21 and the second electrode 22 are provided on both sides of the membrane 23 on the fluid path portion 26.
  • the first electrode 21 and the second electrode 22 are formed by mixing an anionic polymer Based conductive polymer.
  • the first electrode 21 and the second electrode 22 are formed of a porous material or structure to allow movement of the fluid.
  • the cation generated during the electrochemical reaction may be a monovalent cation, but the present invention is not limited thereto. It may include various ions such as hydrogen ion (H +), sodium ion (Na +), potassium ion (K + have.
  • the fluid can be moved along the fluid path portion 26 when the ions are moved through the membrane 23 in accordance with the oxidation-reduction reaction.
  • the membrane 23 can allow not only fluid but also ion movement. Therefore, the fluid and ions can be moved from one side of the membrane 23 to the other, or from one side to the other, when the electrodes 21, 22 are supplied with power.
  • the conductive polymer may be electrodeposited on the first electrode 21 and the second electrode 22. Since the conductive polymer includes a large anion polymer, that is, an anionic polymer, the anion polymer can not be fixed and moved during the redox reaction of the electrodes 21 and 22, so that the cations in the fluid move Charge balance is achieved. That is, when the conductive polymer matrix is neutralized during the reduction reaction of the (-) electrode, the cation existing in the fluid is mixed in order to balance the charge of the fixed anion polymer. In other words, the anion polymer does not move during the redox reaction of the electrodes 21 and 22, and cations in the fluid move. These cations are capable of easily passing through the membrane 23 due to attraction between the negatively charged membrane 23 and the membrane 23, which can cause a rapid oxidation-reduction reaction. This means that the pump 10 can move the fluid at a high speed.
  • the conductive polymer may be formed through the polymerization of monomers in a fluid containing an anionic polymer.
  • the conductive polymer may be synthesized through electrochemical oxidation or chemical oxidation using an oxidizing agent.
  • the conductive polymer may be a variety of polymers having electrical conductivity or negatively charged.
  • the electrodes 21 and 22 may further include carbon nanostructures such as carbon nanotubes (CNTs), graphenes, carbon nanoparticles, and the like. In an electrode in which a complex of a conductive polymer containing carbon nanotubes among carbon nanostructures is electrodeposited, a redox reaction can be more stably and rapidly performed.
  • the electrodes 21 and 22 may further include metal oxides such as manganese oxide (MnOx), cobalt oxide (CoOx), nickel oxide (NiOx), and ruthenium oxide (RuOx) and complexes thereof.
  • MnOx manganese oxide
  • CoOx cobalt oxide
  • NiOx nickel oxide
  • RuOx ruthenium oxide
  • the conductive polymer included in the first electrode 21 and the second electrode 22 may cause a reversible electrochemical reaction. That is, both the first electrode 21 and the second electrode 22 may have both a forward reaction and a reverse reaction. This reversible electrode reaction can be achieved by alternately supplying the polarity of the voltage to the first electrode 21 and the second electrode 22, respectively, by the power supply unit 27.
  • FIG. 2B shows an example in which the fluid in the pumping section is changed in accordance with the reversible electrochemical reaction according to an embodiment of the present invention.
  • first electrode 201 and the second electrode 202 can change the fluid flow by utilizing an electrode material that performs a reversible electrode reaction.
  • the active material can be returned to its original state.
  • the life of the pump 10 can be increased by repeating the consumption and the regeneration of the electrodes 21, 22.
  • the first and second diaphragms 11, 12 configured on both sides of the pumping portion 13 are, by way of example and not limitation, oil for forming an oil gap, A synthetic rubber, a metal plate, and the like.
  • the negative pressure and the positive pressure are alternately generated by driving the pumping part 13, at least a part of the negative pressure and the positive pressure are moved forward and backward, (15).
  • the first diaphragm 11 transfers the negative pressure and the positive pressure generated by the driving of the pumping portion 13 to the fluid to be transported. More specifically, when a negative pressure is generated, at least a part of the first diaphragm 11 is moved backward (that is, when a part of the first diaphragm 11 is moved in the direction of the monitoring chamber 15 At least a part of the first diaphragm 11 is advanced (that is, the first diaphragm 11 is moved forward with reference to FIG. 1) 11 is moved in the direction of the transfer chamber 14 (shown by a short dashed line), the fluid to be transferred is discharged from the transfer chamber 14.
  • suction and discharge of the fluid to be transferred is performed through the suction port 14a and the discharge port 14b formed on one surface of the transfer chamber 14.
  • a suction valve 17 and a discharge valve 18 for allowing or blocking the flow of the fluid to be transferred are connected to the suction port 14a and the discharge port 14b respectively so that the fluid to be transferred is sucked through the suction port 14a, 14b.
  • the suction valve 17 is closed at the time of advancement of the first diaphragm 11 and opened at the time of the backward movement
  • the discharge valve 18 is opened at the time of advancement of the first diaphragm 11 and closed at the time of the backward movement.
  • the suction valve 17 and the discharge valve 18 may be, for example, check valves, but are not limited thereto. Although the suction valve 17 and the discharge valve 18 are described as being fastened to the pump 10 in the above description, the suction valve 17 and the discharge valve 18 may be integrally formed with the pump 10 have.
  • the second diaphragm 12 repeats the backward movement and the forward movement by driving the pumping section 13.
  • the air pressure in the monitoring chamber 15 changes. That is, when negative pressure is generated, at least a part of the second diaphragm 12 is moved backward (that is, when the second diaphragm 12 is moved in the direction of the monitoring chamber 15 with reference to FIG. 1
  • the pressure of the monitoring chamber 15 is increased and conversely when positive pressure is generated, if at least a part of the second diaphragm 12 is advanced (that is, when it is moved in the direction of the transfer chamber 14 with reference to FIG. 1) (Shown by a short dashed line), the air pressure of the monitoring chamber 15 is lowered.
  • the pressure measuring unit 16 is provided inside the monitoring chamber 15 to sense the pressure in the monitoring chamber 15 and convert it into an electric signal.
  • the pressure measuring unit 16 is a pressure sensor that detects a pressure value based on a capacitance change, a magnetic force intensity change, a resistance displacement, or a voltage displacement of the monitoring chamber 15 as the second diaphragm 12 is deformed, Lt; / RTI >
  • the pressure measuring unit 16 may be a pressure sensor that is coupled to the second diaphragm 12 or integrally formed with the second diaphragm 12 to detect a pressure value based on the deformation degree of the second diaphragm 12 have.
  • the present invention is not limited to this, and the pressure measuring part 16 can measure the pressure inside the monitoring chamber 15 in various ways.
  • FIG. 3A shows an experimental environment for testing the correlation between the pressure change in the monitoring chamber and the pressure change measured in the transporting fluid as the pump is driven.
  • a pressure sensor was placed on one side of each of the transfer chamber and the monitoring chamber, and pressure was measured in each of the transfer chamber and the monitoring chamber after driving the pumping section.
  • the pump was an electroosmotic pump, and the pumping unit of FIG. 2A was used, and a voltage of 2.5 V was alternately applied to the electroosmotic pump at intervals of 30 seconds.
  • FIG. 3B shows the experimental result of FIG. 3A.
  • the dotted line shows the pressure change measured by the pressure sensor provided on the transfer chamber side and the thick line shows the pressure change measured by the pressure sensor provided on the monitoring chamber side.
  • the pressure change appears as a wave (i.e., a swing wave) pattern having an amplitude and a period.
  • the measured pressure changes in the transfer chamber and the monitoring chamber appear in the form of a swing wave having opposite polarities of the same period. This is because the capacity of the transfer chamber and the monitoring chamber increases or decreases as the at least a part of the first and second diaphragms are moved forward or backward.
  • the median value of the swing wave corresponding to the transfer chamber i.e., the mean value of the pressure value for a predetermined time
  • the median value of the swing wave corresponding to the monitoring chamber are the same or similar. That is, it can be confirmed that the pressure change of the fluid to be transferred can be indirectly monitored by using the average value of the pressure values measured in the monitoring chamber.
  • the pump 10 according to the embodiment of the present invention can monitor the pressure change of the fluid to be transferred by providing the single pressure sensor in the monitoring chamber formed at one side of the diaphragm. That is, the pump 10 according to the embodiment of the present invention does not have a pressure sensor directly in the flow path, so that it is possible to monitor the pressure of the fluid to be transported without contaminating the fluid to be transported. This not only makes it possible to monitor the state of the pump 10, but also can facilitate maintenance / repair of the pressure sensor.
  • the pump 10 can provide the system using it with the measured pressure values in the monitoring chamber, thereby enabling the system to effectively detect the abnormality of the pump 10.
  • a fluid transportation system e.g., fluid injection system or fluid extraction system
  • fluid injection system or fluid extraction system e.g., fluid injection system or fluid extraction system
  • Fig. 4 is a block diagram showing the configuration of the fluid transportation system 40 using the pump 10 of Fig.
  • the fluid transportation system 40 includes a pump 10 of Fig. 1, a reservoir 41 in which a fluid to be transferred is stored, a fluid to be transported which is discharged from the reservoir 41, ), A discharge path (45) which is a fluid transfer path of the fluid to be transferred discharged from the pump (10), and a pressure value measured by the pressure measuring unit (16) And a control circuit 47 for detecting an abnormality of the pump 10.
  • the fluid delivery system 40 may further include a power supply 46 for supplying power to the pump 10 and the control circuit 47.
  • the pump 10 includes first and second diaphragms 11 and 12 provided on both sides of a pumping section 13 for alternately generating a positive pressure and a negative pressure and whose shapes vary according to a positive pressure and a negative pressure,
  • the pressure of the monitoring chamber 15 and the monitoring chamber 15 varying in pressure due to a change in the shape of the second diaphragm 12 and the transfer chamber 14 for sucking and discharging the fluid to be transferred are measured And a pressure measuring unit 16.
  • the configuration of the pump 10 has been described above with reference to Figs. 1 to 3, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • Both ends of the suction path 42 are connected to the discharge port of the reservoir 41 and the suction valve 17 (or the suction port 14a of the transfer chamber 14) To the transfer chamber (14) of the pump (10).
  • the discharge passage 45 is formed so that one end thereof is fastened to the discharge valve 18 (or the discharge port 14b of the transfer chamber 14) and the other end thereof is inserted into the object to transport (i.e., inject) .
  • the delivery path 45 may include a catheter, a cannula, an injection needle, etc., which may be injected into a subject.
  • the reservoir 41 is a storage container for storing a fluid to be transported, which is formed of a material that can be shielded against an external gas and ions.
  • the reservoir 41 is connected to a suction path 42 at one side thereof and is synchronized with the driving of the pump 10, Thereby discharging the fluid. That is, when negative pressure is generated by driving the pump 10, the suction valve 17 is opened and the fluid to be transported stored in the reservoir 41 is moved to the suction valve 17 through the suction path 42. On the other hand, when positive pressure is generated, the suction valve 17 is closed and the movement of the fluid to be transported is stopped. In this case, since the discharge valve 18 is opened, the fluid to be transferred can be injected into the object through the discharge path 45 fastened to the discharge valve 18.
  • FIG. 5 is a view for explaining the principle of movement of a fluid to be transferred in the fluid transport system 40 according to an embodiment of the present invention. 5, it is assumed that the pumping unit 13 of FIG. 2A is used.
  • the suction path 42 and the discharge path 45 may be formed of circular pipes (or pipes) of various materials capable of moving the fluid to be transferred, but are not limited thereto.
  • the other end of the discharge passage 45 (that is, the engagement portion with the discharge valve 18) is connected to both ends of the suction passage 42 (that is, the engagement portion with the reservoir 41 and the suction valve 17, respectively) And an o-ring (not shown) for removing the gap may be fastened.
  • the power supply unit 46 is electrically connected to the control circuit 47 and the pump 10 and is connected to the pump 10 (that is, the motor (not shown) of the pumping unit 13 or the electrode (Not shown)).
  • the power supply 46 supplies a first electrode (21 in FIG. 2) and a second electrode (22 in FIG. 2) (Not shown) for supplying DC voltage to each of the electrodes 22 and 23 and a switching device (not shown) for alternating the polarities of the DC voltages supplied to the electrodes 22 and 23 at predetermined time intervals have. Accordingly, the voltage applied to each of the first electrode 21 and the second electrode 22 can be continuously changed to the opposite polarity every predetermined time.
  • the present invention is not limited to the above-described example, and the power supply unit 160 may be implemented as an AC supply unit (not shown) that supplies a stirring current at a constant cycle.
  • the control circuit 47 includes at least one circuit element for monitoring an abnormality of the pump 10 based on the pressure value supplied from the pressure measuring section 16.
  • the control circuit 47 may be implemented as an FPGA (field-programmable gate array) or an ASIC (application specific integrated circuit).
  • the control circuit 47 and the power supply unit 46 may be mounted on a printed circuit board (PCB).
  • FIG. 6 is a flow chart illustrating a method for the control circuit 47 to detect an abnormality of the pump 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the control circuit 47 drives the pump 10 (S60).
  • the control circuit 47 controls the power supply unit 46 to alternately supply voltages of different polarities to the pumping unit 13 of the pump 10.
  • the pumping portion 13 alternately generates a positive pressure and a negative pressure, and thus the shape of the first and second diaphragms 11 and 12 changes.
  • the first and second diaphragms 11 and 12 are moved forward or backward at least partially in the same direction as the positive pressure and the negative pressure are generated alternately.
  • the fluid to be transferred is sucked and discharged in the transfer chamber formed on one side of the first diaphragm 11 as the shapes of the first and second diaphragms 11 and 12 are repeatedly deformed (that is, as the fluid moves forward or backward) .
  • the control circuit 47 receives the pressure value from the pressure measurement unit 16 provided in the second diaphragm 12 (S61).
  • the control circuit 47 detects an abnormality of the pump 10 based on the pressure value measured by the pressure measuring unit 16.
  • the control circuit 47 can detect pumping inactivity of the pump and clogging of the fluid transfer path on the basis of a change pattern of the pressure value measured for a predetermined time and an average value of the pressure value measured for a predetermined time.
  • the predetermined period of time may correspond to the alternating cycle of the power source alternately applied by the pump 10, but the present invention is not limited thereto.
  • the control circuit 47 detects whether the pressure value variation pattern measured for a predetermined period corresponds to a preset pattern (S62).
  • the predetermined pattern may be a wave (i.e., a swing wave) having an amplitude and a period equal to or greater than a preset intensity, as described above with reference to FIG. 3B.
  • the control circuit 47 determines that the pumping section 13 is not operating (S63), and then performs an error process (S69).
  • the fact that the change pattern of the pressure value does not correspond to the predetermined pattern i.e., the swing wave
  • the control circuit 47 can determine that the pumping section 13 is not operating.
  • the error process may also include one or more instructions to perform at least one of user notification and system state analysis as a program to be executed by the control circuit 47 in the event of an error in the fluid delivery system 40 .
  • the program is a notification device (not shown), such as a speaker, a display, an LED, etc., provided in the fluid transportation system 40 to inform the user that the pump 10 is not operating, And informs the terminal of the state of the power supply unit 46 and can analyze the state of the power supply to the pump 10 by reading the state information of the power supply unit 46.
  • control circuit 48 determines that the pumping section 13 of the pump 10 operates normally, and then, An average value of the pressure values is calculated (S64).
  • control circuit 47 may calculate an average value of the measured pressure values over a period of time, or may calculate an intermediate value between the highest and lowest values of the pressure value measured over a period of time.
  • the control circuit 47 compares the average value with a threshold range to detect whether the flow path is blocked.
  • the fluid to be transferred is sucked normally by the pump 10 but is not normally discharged, so that the pressure of the transfer chamber 14 in the pump 10 is increased,
  • the first diaphragm 11 is moved backward by the pressure of the transfer chamber 14 irrespective of the operation of the pumping portion 13 (i.e., deformed in the direction of the monitoring chamber 15 with reference to Fig. 1).
  • This causes the gas or fluid in the pumping portion 13 to move backward and move the second diaphragm 12 backward.
  • the pressure in the monitoring chamber 15 becomes abnormally high.
  • the fluid to be conveyed is not sucked normally to the pump 10, so that the pressure of the transfer chamber 14 is lowered.
  • the second diaphragm 12 is moved forward regardless of the operation of the pumping section 13, and the pressure in the monitoring chamber 15 is abnormally low.
  • the control circuit 47 detects whether or not the flow path is clogged by using whether or not the pressure change of the monitoring chamber 15 is out of the critical range.
  • the control circuit 47 determines that clogging has occurred in the discharge path of the fluid to be transported on the basis of the pump 10 (S66) when the average value of the pressure values for a predetermined time is not less than the critical range (S65) An error process is performed (S69). In other words, the control circuit 47 determines that flow path clogging has occurred in the discharge path 45 and / or the discharge valve 18, and performs a corresponding error process.
  • the error process may be one of performing at least one of user notification and system state analysis, as described above, and therefore, a detailed description will be omitted.
  • control circuit 47 determines that clogging has occurred in the suction path of the fluid to be transported on the basis of the pump 10 (S68) if the average value of the pressure values for a predetermined time is less than the critical range (S67) (S69). In other words, the control circuit 47 determines that the flow path clogging occurs in the suction path 42 and / or the suction valve 17, and performs a corresponding error process.
  • control circuit 47 can repeat the process of S61 and the subsequent steps.
  • the predetermined pattern and the threshold range may be values determined experimentally based on the occurrence of an anomaly in the fluid transport system, and may be predetermined values in the manufacturing step.
  • the fluid transport system injects the fluid into the object.
  • the fluid transport system may extract the fluid from the object.
  • the above-mentioned discharge path is exemplified by MF (microfiltration) probe, UF (ultrafiltration) probe formed by porous polymer fibers or the like and functions as a suction path, and the suction path functions as a discharge path,
  • MF microfiltration
  • UF ultrafiltration
  • the fluid to be transported can be discharged to the outside or moved to the reservoir.
  • FIGS. 7 to 10 are examples of experimental results for detecting non-operation of a pumping section and blocking of a flow path using a fluid transportation system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 shows a fluid delivery system used in an experiment.
  • the pump was an electroosmotic pump, the pimp portion of FIG. 2A was used, and the pressure value was measured by attaching a pressure sensor to the upper outer side of the electroosmotic pump.
  • the electric osmotic pump was alternately applied with 2.5 V voltage at intervals of 30 seconds, and the electroosmotic pump was configured to suck / discharge the liquid of the reservoir at intervals of 30 seconds. Further, stoppers were placed in the flow paths to simulate flow path clogging.
  • FIG. 8 shows a pressure change when the operation of the electro-osmotic pump is artificially stopped as a result of an experiment in which the pump operation of the pumping part is detected using the fluid transportation system of FIG.
  • the electro-osmotic pump operates normally (that is, 0 to 55 seconds)
  • a wave-shaped pressure change pattern appears by driving the electro-osmotic pump, Thereafter, a linear pressure change is observed.
  • FIG. 9 and FIG. 10 show experimental results of detecting the clogging of the flow path by using the fluid transportation system of FIG.
  • the catheter was artificially blocked after about 60 seconds by placing the stopper on the catheter.
  • the pressure value measured from about 60 seconds later gradually increased.
  • the stopper is moved to the suction path side of the electroosmotic pump to artificially block the suction path after about 10 seconds, so that it is confirmed that the pressure value measured after about 10 seconds is lowered.
  • the fluid to be transferred is moved from one side of the first diaphragm, the air layer of the closed system is formed at one side of the second diaphragm, It is possible to easily detect the non-operation of the pump and the clogging of the flow path of the system.
  • the method of operating the fluid transport system according to an embodiment of the present invention described above may be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer such as a program module executed by a computer.
  • Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media.
  • the computer-readable medium may also include computer storage media.
  • Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.

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Abstract

본 발명은 이송대상유체의 압력을 측정하는 펌프, 이를 이용하는 유체운송 시스템과 그 시스템의 동작 방법을 개시한다. 본 펌프는 양압과 음압을 교번하여 발생시키는 펌핑부; 펌핑부의 일측에 구비되어 양압과 음압이 교번하여 발생됨에 따라 형상이 변형되는 제1 다이어프램(diaphragm); 제1 다이어프램의 일측에 구비되어, 제1 다이어프램의 변형에 대응하여 이송대상유체를 흡입 및 토출하는 이송 챔버; 펌핑부의 타측에 구비되어, 양압과 음압이 교번하여 발생됨에 따라 형상이 변형되는 제2다이어프램; 제2 다이어프램의 일측에 구비되어, 제2다이어프램의 변형에 대응하여 압력이 변화하는 모니터링 챔버; 및 모니터링 챔버의 압력 변화를 측정하는 압력측정부를 포함한다.

Description

이송대상유체의 압력을 측정하는 펌프, 이를 이용하는 유체운송 시스템과 그 시스템의 동작 방법
본 발명은 이송대상유체의 압력을 측정하는 펌프 및 이를 이용하는 유체운송 시스템과 그 시스템의 동작 방법에 관한 것이다.
정량펌프는 단위 시간 당 액체를 일정하게 이송하는 펌프로서, 그 작동 원리에 따라 다이어프램 펌프(막 펌프), 기어펌프, 연동펌프, 주사기펌프 등으로 나뉠 수 있으며, 광범위한 산업 분야에서 사용된다.
특히, 다이어프램 펌프는 탄성이 있는 박막의 격리판을 맥동(脈動)시켜 용적 변화에 의한 액체의 흡입이나 토출을 행하게 하는 것으로서, 소용량의 펌프나 약물 주입 등의 정량 펌프 등에 사용된다. 이러한 왕복형 펌프의 특성상 액체의 흡입과 토출이 반복적으로 이루어지기 때문에 액체의 흐름이 단속적이며, 이로 인해 유로에 흐르는 액체에 관성이 발생되어 유로에 진동을 계속적으로 발생시켜 유로 막힘, 가스 발생 등에 따른 오작동을 일으킬 수 있다. 또한 미세한 이물질 등도 유로 막힘 현상을 발생시켜 펌프를 오작동시킬 수 있다. 이러한 불안정한 구동은 특히 인체의 약물 주입 등에 다이어프램 펌프를 사용하는데에 어려움을 야기한다.
일예로, 체내 이식형 약물 주입 펌프로 널리 사용되고 있는 것은 척수강 내 약물주입기 (intrathecal drug administration system, ITDAS)는 주로 극심한 통증이 수반되는 암환자 및 만성통증환자의 통증치료(treatment of cancer pain or chronic pain)에 사용되고 있으며 뇌성마비 및 경련성(spasticity) 증상 환자에게도 활용되고 있다. 이러한 체내 이식형 약물 주입 펌프의 경우, 카테터 막힘이나 펌프의 오작동은 환자의 생명에 관련되어 매우 중요하다. 따라서, 펌프의 오작동을 모니터링하기 위해 유로 내에 압력 센서를 내제하는 방법이 개발되었다. 그러나 유로 내에 센서를 내제하는 것은 유로 내의 이송대상유체를 오염시킬 수 있어 체내 이식형 약물 주입 펌프에 적용되기 어렵다.
이와 관련하여, 미국공개특허 제 2013-0121880 호(발명의 제목: AUTOMATIC ANALYZER)는 유로 내의 압력 전달 매체(가진기)를 통해 특정 주파수의 진동을 부여한 후, 유로 외부에 구비된 압력 센서가 특정 주파수의 진폭 또는 위상을 계측하여 액체가 노즐 내로 정상적으로 흡입되는지 여부를 검출하는 내용을 개시하나, 가진기 등을 더 구비해야 한다는 점에서 펌프의 크기를 증가시키며, 시료가 인체에 주입되는 경우, 유로 내에 진동에 의해 인체에 해를 끼칠 수 있다는 점에서 여전히 한계가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유로 내의 액체를 오염시키지 않으면서도 유로의 압력을 효율적으로 측정할 수 있도록 형성된 펌프, 이를 이용하는 유체운송 시스템 및 그 시스템의 동작 방법을 제공하고자 한다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제1 측면은, 양압과 음압을 교번하여 발생시키는 펌핑부; 펌핑부의 일측에 구비되어 양압과 음압이 교번하여 발생됨에 따라 형상이 변형되는 제1 다이어프램(diaphragm); 제1 다이어프램의 일측에 구비되어, 제1 다이어프램의 변형에 대응하여 이송대상유체를 흡입 및 토출하는 이송 챔버; 펌핑부의 타측에 구비되어, 양압과 음압이 교번하여 발생됨에 따라 형상이 변형되는 제2다이어프램; 제2 다이어프램의 일측에 구비되어, 제2다이어프램의 변형에 대응하여 압력이 변화하는 모니터링 챔버; 및 모니터링 챔버의 압력 변화를 측정하는 압력측정부를 포함한다.
또한, 본 발명의 제2 측면은, 양압과 음압을 교번하여 발생시키는 펌핑부의 양측에 구비되어 상기 양압과 음압에 따라 형상이 변화하는 제1 다이어프램 및 제2 다이어프램을 포함하며, 제1 다이어프램의 형상 변화에 따라 이송대상유체를 흡입 및 토출하는 이송 챔버와 제2 다이어프램의 형상 변화에 따라 압력이 변화하는 모니터링 챔버를 포함하고, 모니터링 챔버의 압력을 측정하는 압력측정부를 포함하는 펌프; 이송대상유체가 저장된 레저버(reservoir); 레저버에서 토출된 상기 이송대상유체가 펌프로 흡입되는 유체이송로인 흡입로; 펌프에서 토출된 이송대상유체의 유체이송로인 토출로; 및 압력측정부에서 측정된 압력값을 모니터링하여 펌프의 이상을 검출하는 제어 회로를 포함하는 유체운송 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 제3 측면은, (a) 제1 다이어프램의 적어도 일부가 전진 및 후진 이동하여 제1 다이어프램의 일측에 구비된 이송 챔버로 이송대상유체가 흡입 및 토출되도록, 펌핑부에 서로 다른 극성의 전압을 교번하여 공급하는 단계; (b) 제2 다이어프램의 일측에 구비된 모니터링 펌프의 압력 변화를 모니터링하는 단계; 및(c) 일정 시간 동안 측정된 압력값의 변화 패턴 및 일정 시간 동안 측정된 압력값의 평균값을 기초로 펌프의 이상을 검출하는 단계를 포함하는 상기 1 측면의 펌프를 이용하는 유체운송 시스템의 동작 방법을 제공한다. 이때, 제2 다이어프램은 펌핑부에 서로 다른 극성의 전압이 교번하여 공급됨에 따라, 제1 다이어프램과 동일한 방향으로 적어도 일부가 전진 및 후진 이동된다.
본 발명의 제4 측면은, 상기 제3 측면의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 펌프 내에 이송대상유체로 전달되는 압력과 동일한 압력이 전달되는 챔버를 형성하고, 챔버의 압력을 측정함으로써 이송대상유체에 전달되는 압력값을 효율적으로 측정할 수 있다. 나아가, 상기한 펌프를 이용하는 유체운송 시스템에서는 일정 시간 동안의 압력값의 변화 패턴 및 평균값을 모니터링함으로써, 펌프의 이상을 효과적으로 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌핑부의 구성을 도시한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌핑부 내의 유체가 가역적인 전기화학 반응에 따라 흐름이 변경되는 일례를 도시한다.
도 3a는 펌프의 구동에 따른 모니터링 챔버에서 나타나는 압력 변화와 이송대상유체에서 측정되는 압력 변화 간의 상관관계를 실험하기 위한 실험 환경을 도시하며, 도 3b는 도 3a의 실험 결과를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1의 펌프를 이용하는 유체운송 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체운송 시스템 내에서 이송대상유체가 이동되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 회로가 펌프의 이상을 검출하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 실험에 사용된 유체운송 시스템을 도시한다.
도 8은 도 7의 유체운송 시스템을 이용하여 펌핑부의 미작동을 검출한 실험 결과를 도시한다.
도 9 및 도 10은 도 7의 유체운송 시스템을 이용하여 유로 막힘을 검출한 실험 결과이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 발명 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본 발명 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프의 구성을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프(10)는 양압과 음압을 교번하여 발생시키는 펌핑부(13), 펌핑부(13)의 일측에 구비되어 양압과 음압에 따라 형상이 변형되는 제1 다이어프램(11), 제1 다이어프램(11)의 변형에 대응하여 이송대상유체를 흡입 및 토출하는 이송 챔버(14), 펌핑부(13)의 타측에 구비되어, 양압과 음압에 따라 형상이 변형되는 제2 다이어프램(12), 제2 다이어프램(12)의 변형에 대응하여 압력이 변화하는 모니터링 챔버(15)와 모니터링 챔버(15)의 압력 변화를 측정하는 압력측정부(16)를 포함한다. 모니터링 챔버(15)에는 기체 또는 유체로 채워질 수 있으며, 압력측정부(16)는 상기 기체 또는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서일 수 있다.
먼저, 펌핑부(13)는 양압과 음압을 교번하여 발생키는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펌핑부(13)는 모터(motor)(미도시)의 회전력을 왕복운동으로 변형하여 펌핑부(13)에 채워진 유체 및/또는 기체를 왕복 운동시킴으로써 제1 및 제2 다이어프램(11, 12)으로 음압과 양압을 교번하여 전달하는 적어도 하나의 구성요소를 포함할 수 있다.
또는, 펌핑부(13)는 전기화학 반응을 통해 유체 및/또는 기체를 왕복 운동시키는 적어도 하나의 구성요소를 포함할 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예시적으로, 펌핑부(13)는 전기삼투 원리를 사용하여 구현될 수 있다. 이 경우, 펌프(10)는 전기삼투펌프로서, 이는 모세관 또는 다공성막의 양단에 전극을 이용하여 전압을 걸었을 때 생기는 전기삼투현상에 의해 유체가 이동하는 것을 이용하는 것으로, 기계식 펌프와는 달리 기계적으로 움직이는 부분이 없어 무소음이며, 걸어준 전압에 비례하여 효과적으로 유속을 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌핑부의 구성을 도시한다.
도 2a 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌핑부(13)는 멤브레인(23), 멤브레인(23)의 양측에 각각 마련된 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)을 포함하며, 각 전극(21, 22)을 격납하여 각 전극(21, 22)으로 전원을 전달하는 스트립(strip)(24, 25)을 포함한다. 스트립(24, 25)은 전원공급부(27)와의 연결부재(24a, 25a)를 구비하여, 펌프(10) 외부에 구비된 전원공급부(27)로부터 공급된 전원을 전극(21, 22)으로 전달한다.
펌핑부(13)는 멤브레인(23)과, 제1 및 제2 전극(21, 22) 사이의 유체 흐름을 통해 양압과 음압을 발생시킨다.
구체적으로, 멤브레인(23)은 유체가 이동하는 유체경로부(26)에 설치되며, 도 2a의 우측에 도시된 바와 같이, 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 형성된다. 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 유체경로부(26) 상에서 멤브레인(23)의 양측에 각각 마련되며, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 음이온 고분자가 혼입된 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 멤브레인(23)과 마찬가지로 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 형성된다.
각 전극(21, 22)에 전압이 공급되면, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)의 전압 차이에 의해, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)에 산화환원 반응이 일어나 전하균형이 깨지게 되는데, 이 때, 전극 내에서 양이온이 이동됨으로써 전하균형을 맞추게 된다. 이때 제1 전극(21) 및 제2 전극(22) 중 어느 하나는 전기화학 반응을 통해 양이온을 발생시키고, 다른 하나는 양이온을 소모할 수 있다. 여기서, 전기화학 반응 시 발생되고 소모되는 양이온은 1가 양이온일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 수소 이온(H+), 나트륨 이온(Na+), 칼륨 이온(K+) 등과 같이 다양한 이온을 포함할 수 있다.
이러한 산화환원 반응에 따른 이온의 이동이 멤브레인(23)을 통해 이루어지면 유체가 유체경로부(26)를 따라 이동될 수 있다. 이때 멤브레인(23)은 유체뿐만 아니라, 이온의 이동도 허용할 수 있다. 따라서, 유체와 이온은 전극(21, 22)에 전원이 공급되면, 멤브레인(23)의 일측에서 타측으로, 또는 타측에서 일측으로 이동될 수 있다.
또한, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)에는 전도성 고분자가 전착될 수 있다. 펌핑부(13)는 전도성 고분자가 거대음이온 고분자, 즉 음이온 고분자를 포함하므로, 전극(21, 22)의 산화환원 반응 시, 음이온 고분자는 고정되어 이동될 수 없기 때문에, 유체 중에 있는 양이온이 이동하며 전하균형을 맞추게 된다. 즉, (-) 전극의 환원반응 시, 전도성 고분자 매트릭스가 중성이 되면, 고정된 음이온 고분자의 전하균형을 맞추기 위해 유체 중에 존재하는 양이온이 혼입되어 들어오게 된다. 다시 말해, 전극(21, 22)의 산화환원 반응 시 음이온 고분자는 이동되지 않고, 유체 내의 양이온이 이동한다. 이러한 양이온은 음전하로 대전된 멤브레인(23)과 인력이 작용하여 쉽게 멤브레인(23)을 통과할 수 있게 되므로 빠른 속도의 산화환원 반응을 야기할 수 있다. 이는, 펌프(10)가 빠른 속도로 유체를 이동시킬 수 있음을 의미한다.
이때, 전도성 고분자는 음이온 고분자를 포함하는 유체에서 단량체의 중합반응을 통해 형성될 수 있다. 또는, 전도성 고분자는 전기화학적 산화 또는 산화제를 이용한 화학적 산화 등을 통해 합성될 수 있다. 이 외에도, 전도성 고분자는 전기 전도성을 가지거나 음전하를 띠는 다양한 고분자일 수 있다.
또한, 전극(21, 22)은 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 탄소 나노입자(carbon nanoparticle) 등과 같은 탄소 나노 구조체를 추가 포함할 수 있다. 탄소 나노 구조체 중 탄소나노튜브가 포함된 전도성 고분자의 복합체를 전착시킨 전극에서는, 보다 안정적이고 빠른 속도로 산화환원 반응이 일어날 수 있다. 또한, 전극(21, 22)은 산화망간(MnOx), 산화코발트(CoOx), 산화니켈(NiOx), 산화루테늄(RuOx) 등 금속산화물과 이들의 복합체를 더 포함할 수 있다. 금속산화물 전극은 산화환원 반응을 통하여 양이온 이동을 유도할 수 있다.
한편, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)에 포함된 전도성 고분자는 가역적인 전기화학 반응을 일으키는 것일 수 있다. 즉, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 각각 정반응과 역반응이 모두 일어날 수 있다. 이러한 가역적인 전극반응은, 전원공급부(27)가 제1 전극(21) 및 제2 전극(22) 각각에 전압의 극성을 교번하여 공급함으로써 이루어질 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌핑부 내의 유체가 가역적인 전기화학 반응에 따라 흐름이 변경되는 일례를 도시한다.
그리고 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 가역적인 전극반응을 하는 전극물질을 활용함으로써, 유체 흐름을 바꿀 수 있을 뿐만 아니라, 전극반응이 역방향으로 일어남에 따라 정반응에 의해 소모된 전극활성물질을 원래의 상태로 되돌릴 수 있다. 이와 같이, 전극(21, 22)은 소모 및 재생을 반복함으로써, 펌프(10)의 수명을 늘릴 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 펌핑부(13)의 양측에 구성된 제1 및 제2 다이어프램(11, 12)은, 비제한적인 예시로서, 오일 갭(oil gap)을 형성하도록 하는 오일, 탄성을 가진 얇은 막으로 이루어지는 천연 고무, 합성 고무, 금속판 등으로 제작되며, 펌핑부(13)의 구동에 따라 음압과 양압이 교번하여 발생됨에 따라 적어도 일부가 전진 및 후진이동 되어 이송 챔버(14) 및 모니터링 챔버(15)로 음압과 양압을 전달한다.
예시적으로, 제1 다이어프램(11)은 펌핑부(13)의 구동에 의해 발생된 음압과 양압을 이송대상유체로 전달한다. 보다 구체적으로, 음압이 발생하면, 제1 다이어프램(11)의 적어도 일부가 후진되어(즉, 도 1을 기준으로 제1 다이어프램(11)의 일부가 모니터링 챔버(15) 방향으로 이동되는 경우(긴 점선으로 도시됨)), 이송대상유체가 이송 챔버(14)로 흡입되며, 반대로 양압이 발생하면, 제1 다이어프램(11)의 적어도 일부가 전진되어(즉, 도 1을 기준으로 제1 다이어프램(11)의 일부가 이송 챔버(14) 방향으로 이동되는 경우(짧은 점선으로 도시됨)) 이송대상유체가 이송 챔버(14)로부터 토출된다.
이때, 이송대상유체의 흡입 및 토출은 이송 챔버(14)의 일면에 형성된 흡입구(14a)와 토출구(14b)를 통해 행해진다. 흡입구(14a)와 토출구(14b) 각각에는 이송대상유체의 흐름을 허용하거나 차단하는 흡입밸브(17)와 토출밸브(18)가 체결되어, 이송대상유체가 흡입구(14a)를 통해 흡입되고 토출구(14b)를 통해 토출되도록 할 수 있다. 다시 말해, 흡입밸브(17)는 제1 다이어프램(11)의 전진시 폐쇄되고 후진시 개방되며, 토출밸브(18)는 제1 다이어프램(11)의 전진시 개방되고 후진시 폐쇄된다. 이러한 흡입밸브(17)와 토출밸브(18)는, 예시적으로 체크밸브(check valve)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 반대로 작동하는 개폐장치일 수도 있다. 또한, 위 설명에서는 흡입밸브(17)와 토출밸브(18)가 펌프(10)에 체결되는 것으로 설명하였으나, 흡입밸브(17)와 토출밸브(18)는 펌프(10)와 일체형으로 구현될 수도 있다.
제2 다이어프램(12)은 제1 다이어프램(11)과 마찬가지로, 펌핑부(13)의 구동에 의해 후진과 전진을 반복한다. 이에 따라, 제2 다이어프램(12)의 운동에 의해, 모니터링 챔버(15) 내의 공기 압력은 변화한다. 즉, 음압이 발생하면, 제2 다이어프램(12)의 적어도 일부가 후진되어(즉, 도 1을 기준으로 제2 다이어프램(12)이 일부가 모니터링 챔버(15) 방향으로 이동되는 경우(긴 점선으로 도시됨)) 모니터링 챔버(15)의 압력이 높아지며, 반대로 양압이 발생하면, 제2 다이어프램(12)의 적어도 일부가 전진되면(즉, 도 1을 기준으로 이송 챔버(14) 방향으로 이동되는 경우(짧은 점선으로 도시됨)), 모니터링 챔버(15)의 공기 압력은 낮아진다.
압력측정부(16)는 모니터링 챔버(15) 내부에 구비되어, 모니터링 챔버(15) 내의 압력을 감지하여 전기 신호로 변환한다. 예시적으로, 압력측정부(16)는 제2 다이어프램(12)이 변형됨에 따른 모니터링 챔버(15)의 용량변화, 자력세기 변화, 저항 변위 또는 전압 변위 등을 기초로 압력값을 검출하는 압력센서일 수 있다. 또는 압력측정부(16)는 제2 다이어프램(12)에 체결되거나 제2 다이어프램(12)과 일체형으로 형성되어, 제2 다이어프램(12)의 변형도를 기초로 압력값을 검출하는 압력센서일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 압력측정부(16)는 다양한 방식으로 모니터링 챔버(15) 내부의 압력을 측정할 수 있다.
도 3a는 펌프의 구동에 따른 모니터링 챔버에서 나타나는 압력 변화와 이송대상유체에서 측정되는 압력 변화 간의 상관관계를 실험하기 위한 실험 환경을 도시한다. 실험을 위해 이송 챔버와 모니터링 챔버 각각의 일측에 압력 센서를 배치하였으며, 펌핑부를 구동시킨 이후에 이송 챔버와 모니터링 챔버 각각에서 압력을 측정하였다. 이때 펌프는 전기삼투펌프로, 도 2a의 펌핑부를 사용하였으며, 30초 간격으로 2.5V의 전압을 교번하여 전기삼투펌프에 인가하였다.
도 3b는 도 3a의 실험 결과를 도시한다. 점선은 이송 챔버 측에 구비된 압력 센서에서 측정된 압력 변화를 도시하며, 굵은 선은 모니터링 챔버 측에 구비된 압력 센서에서 측정된 압력 변화를 도시한다. 이때, 펌프에서는 양압과 음압이 교번하여 발생하므로, 압력 변화는 진폭과 주기를 갖는 웨이브(즉, 스윙파(swing wave)) 패턴으로 나타난다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 이송 챔버와 모니터링 챔버 각각에서 측정된 압력 변화는 동일 주기의 서로 반대 극성을 갖는 스윙파 형태로 나타난다. 이는 제1 및 제2 다이어프램의 적어도 일부가 전진 이동 또는 후진 이동됨에 따라 이송 챔버와 모니터링 챔버의 용량이 상반되게 증가 또는 감소하기 때문이다. 그러나 이송 챔버에 대응하는 스윙파의 중간값(즉, 일정 시간 동안의 압력값 평균)과 모니터링 챔버에 대응하는 스윙파의 중간값은 동일 또는 유사한 것을 확인할 수 있다. 즉, 모니터링 챔버에서 측정된 압력값들의 평균값을 이용하여 이송대상유체의 압력 변화를 간접적으로 모니터링 할 수 있음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프(10)는 다이어프램 일 측에 형성된 모니터링 챔버에 단일 압력 센서를 구비함으로써, 이송대상유체의 압력 변화를 모니터링할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프(10)는 유로에 직접적으로 압력 센서를 구비하지 않음으로써, 이송대상유체를 오염시키지 않으면서 이송대상유체의 압력을 모니터링할 수 있다. 이는 펌프(10)의 상태를 모니터링할 수 있도록 할 뿐 아니라, 압력 센서의 유지/보수를 용이하게 할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프(10)는 이를 이용하는 시스템에 모니터링 챔버에서 측정된 압력값을 제공함으로써, 해당 시스템이 펌프(10)의 이상 여부를 효과적으로 검출할 수 있도록 할 수 있다. 이하에서는, 펌프(10)를 이용하는 유체운송 시스템(예컨대, 유체주입 시스템 또는 유체추출 시스템)을 일예로서 설명한다.
도 4는 도 1의 펌프(10)를 이용하는 유체운송 시스템(40)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 유체운송 시스템(40)은 도 1의 펌프(10), 이송대상유체가 저장된 레저버(reservoir)(41), 레저버(41)에서 토출된 이송대상유체가 펌프(10)로 흡입되는 유체이송로인 흡입로(42), 펌프(10)에서 토출된 이송대상유체의 유체이송로인 토출로(45), 및 압력측정부(16)에서 측정된 압력값을 모니터링하여 펌프(10)의 이상을 검출하는 제어 회로(47)를 포함한다. 또한, 유체운송 시스템(40)은 펌프(10) 및 제어 회로(47)로 전원을 공급하는 전원 공급부(46)를 더 포함할 수 있다.
펌프(10)는 양압과 음압을 교번하여 발생시키는 펌핑부(13)의 양측에 구비되어 양압과 음압에 따라 형상이 변화하는 제1 및 제2 다이어프램(11, 12)을 포함하며, 제1 다이어프램의 형상 변화에 따라 이송대상유체를 흡입 및 토출하는 이송 챔버(14)와 제2 다이어프램(12)의 형상 변화에 따른 압력이 변화하는 모니터링 챔버(15) 및 모니터링 챔버(15)의 압력을 측정하는 압력측정부(16)를 포함한다. 펌프(10)의 구성에 대해서는, 도 1 내지 도 3을 통해 전술하였으므로, 상세한 설명은 생략한다.
흡입로(42)는 레저버(41)의 토출구 및 흡입밸브(17)(또는 이송 챔버(14)의 흡입구(14a)) 각각에 양 끝단이 체결되어, 레저버(41)에 저장된 이송대상유체를 펌프(10)의 이송 챔버(14)로 이동시킨다. 토출로(45)는 토출밸브(18)(또는 이송 챔버(14)의 토출구(14b))에 일단이 체결되고 타단은 대상체에 삽입되어 이송대상유체를 대상체로 운송(즉, 주입)하도록 형성된다. 예시적으로, 토출로(45)는 대상체에 주입될 수 있는 카테터(catheter), 캐뉼라(cannula), 주입침 등을 포함할 수 있다.
레저버(41)는 외부의 기체 및 이온에 대해 차단가능한 소재로 형성되는 이송대상유체를 저장하는 저장용기로, 일측에 흡입로(42)가 체결되어 펌프(10)의 구동에 동기화되어 이송대상유체를 토출한다. 즉, 펌프(10)의 구동에 의해 음압이 발생하면 흡입밸브(17)가 개방되어 레저버(41)에 저장된 이송대상유체가 흡입로(42)를 통해 흡입밸브(17)로 이동된다. 반대로 양압이 발생하면, 흡입밸브(17)는 폐쇄되어 이송대상유체의 이동이 정지된다. 이 경우 토출밸브(18)가 개방되므로, 토출밸브(18)에 체결된 토출로(45)를 통해 이송대상유체가 대상체로 주입될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체운송 시스템(40) 내에서 이송대상유체가 이동되는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 5에서는 도 2a의 펌핑부(13)를 사용하는 것으로 가정하여 설명한다.
도 5를 참조하면, 펌핑부(13)의 제1 전극(21)에 (-) 전압을, 제2 전극(22)에 (+) 전압을 걸어주면, 읍압이 발생한다. 이러한 음압에 의해 이송대상유체는 ① 방향으로 이동된다. 이때, 토출밸브(18)는 폐쇄되어, 토출로(45)에 음압이 전달되지 않도록 한다.
반대로, 펌핑부(20)의 제1 전극(21)에 (+) 전압을, 제2 전극(202)에 (-) 전압을 걸어주면, 가역적인 전기화학 반응에 의해 반대 방향으로의 양압이 발생한다. 따라서, 이송 챔버(14)로 흡입된 이송대상유체는 토출밸브(18)를 거쳐 ② 방향으로 이동된다. 이때, 흡입밸브(17)는 차단되어, 레저버(41)에는 양압이 전달되지 않도록 한다. 따라서, ② 방향으로 이동된 이송대상유체는 토출로(45)로 이동되어 대상체로 주입된다.
한편, 흡입로(42)와 토출로(45)는 이송대상유체를 이동시킬 수 있는 다양한 재질의 원형의 관(또는 파이프)으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 흡입로(42)의 양 끝단(즉, 레저버(41) 및 흡입밸브(17) 각각과의 체결부)과 토출로(45)의 타단(즉, 토출밸브(18)와의 체결부)에는 체결수단이 구비될 수 있으며, 간극을 제거하기 위한 오링(oring, 미도시)이 체결될 수 있다.
전원 공급부(46)는 제어 회로(47) 및 펌프(10)와 전기적으로 연결되어 제어 회로(47)의 제어에 의해 펌프(10)(즉, 펌핑부(13)의 모터(미도시) 또는 전극(미도시))로 전원을 공급한다.
예시적으로, 펌프(10)가 전기삼투펌프인 경우, 전원 공급부(46)는 전압의 극성을 교번하여 공급하기 위해, 제1 전극(도 2의 21) 및 제2 전극(도 2의 22) 각각에 직류 전압을 공급하기 위한 직류공급장치(미도시)와 각 전극(22, 23)에 공급되는 직류 전압의 극성을 설정된 시간마다 교번하여 전환시키는 전환장치(미도시)를 포함하여 구현될 수 있다. 이를 통해, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22) 각각에 걸리는 전압을 지속적으로 설정된 시간마다 반대 극성으로 바꿔줄 수 있다. 그러나, 전술한 예에 한정되는 것은 아니며, 전원 공급부(160)는 일정한 주기로 교반 전류를 공급하는 교류공급장치(미도시)로 구현될 수도 있다.
제어 회로(47)는 압력측정부(16)로부터 제공받은 압력값을 기초로 펌프(10)의 이상을 모니터링하는 하나 이상의 회로 소자를 포함한다. 예를 들어, 제어 회로(47)는 FPGA(field-programmable　gate　array) 또는 ASIC(application specific integrated circuit)으로 구현될 수 있다. 한편, 구현 예에 따라, 제어 회로(47)와 전원 공급부(46)는 PCB(printed circuit board)에 실장될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 회로(47)가 펌프(10)의 이상을 검출하는 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 제어 회로(47)는 펌프(10)를 구동시킨다(S60). 제어 회로(47)는 전원 공급부(46)를 제어하여, 펌프(10)의 펌핑부(13)로 서로 다른 극성의 전압을 교번하여 공급한다. 이에 따라 펌핑부(13)는 양압과 음압을 교번하여 발생시키며, 이에 따라 제1 및 제2 다이어프램(11, 12)의 형상이 변화한다. 다시 말해, 제1 및 제2 다이어프램(11, 12)은 상기 양압과 음압이 교번하여 발생됨에 따라 동일 방향으로 적어도 일부가 전진 이동하거나 후진 이동한다.
제1 및 제2 다이어프램(11, 12)의 형상이 반복 변형됨에 따라(즉, 전진 이동 또는 후진 이동됨에 따라) 제1 다이어프램(11)의 일측에 형성된 이송 챔버에서는 이송대상유체가 흡입 및 토출된다. 이와 함께, 제어 회로(47)는 제2 다이어프램(12) 내부에 구비된 압력측정부(16)로부터 압력값을 제공받는다(S61).
제어 회로(47)는 압력측정부(16)에서 측정된 압력값을 기초로 펌프(10)의 이상을 검출한다. 예시적으로, 제어 회로(47)는 일정 시간 동안 측정된 압력값의 변화 패턴 및 일정 시간 동안 측정된 압력값의 평균값을 기초로 펌프의 펌핑부 미작동 및 유체이송로 막힘을 검출할 수 있다. 여기서, 일정 시간은 펌프(10)로 교번되어 인가되는 전원의 교번 사이클에 대응될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 제어 회로(47)는 일정 기간 동안 측정된 압력값 변화 패턴이 기 설정된 패턴에 대응되는지 여부를 검출한다(S62). 이때, 기 설정된 패턴은, 도 3b에서 전술한 바와 같은, 기 설정된 세기 이상의 진폭과 주기를 갖는 웨이브(즉, 스윙파)일 수 있다.
만약, 압력값의 변화 패턴이 기 설정된 패턴에 대응되지 않는 경우, 제어 회로(47)는 펌핑부(13)가 미동작하는 것으로 결정하고(S63), 이 후 오류 프로세스를 수행한다(S69). 여기서, 압력값의 변화 패턴이 기 설정된 패턴(즉, 스윙파)에 대응되지 않는다는 것은, 펌핑부(13)가 미동작하여 양압과 음압이 교번하여 발생되지 않음을 의미한다. 즉, 압력값의 변화 패턴이 주기 및/또는 진폭이 없는 직선 또는 곡선 형태로 나타나는 경우, 제어 회로(47)는 펌핑부(13)가 미동작한다고 결정할 수 있다. 또한, 오류 프로세스란 유체운송 시스템(40)에 오류가 발생된 경우에 제어 회로(47)에 의해 실행되는 프로그램으로서, 사용자 알림 및 시스템 상태 분석 중 적어도 하나를 수행하는 하나 이상의 인스트럭션을 포함할 수 있다. 예시적으로, 상기 프로그램은 유체운송 시스템(40)에 구비된 스피커, 디스플레이, LED 등과 같은 알림 장치(미도시)로 펌프(10)가 미작동 중임을 알림하거나 통신부(미도시)를 통해 사용자의 단말로 알림할 수 있으며, 전원 공급부(46)의 상태 정보를 독출하여 펌프(10)로의 전원 공급 상태를 분석할 수 있다.
그러나, 상기 S62 단계에서 압력값의 변화 패턴이 기 설정된 패턴에 대응되는 경우, 제어 회로(48)는 펌프(10)의 펌핑부(13)가 정상 동작하는 것으로 결정하고, 이어서 일정 시간 동안 측정된 압력값의 평균값을 산출한다(S64). 예시적으로, 제어 회로(47)는 일정 시간 동안 측정된 압력값들의 평균값을 산출하거나, 일정 시간 동안 측정된 압력값의 최고값과 최저값의 중간값을 산출할 수 있다.
이후, 제어 회로(47)는 상기 평균값을 임계범위와 비교하여 유로의 막힘 여부를 검출한다. 펌프(10)의 토출로 측에 막힘이 발생하는 경우, 이송대상유체가 정상적으로 펌프(10)로 흡입되나 정상적으로 토출되지 못하므로, 펌프(10) 내 이송 챔버(14)의 압력이 높아지며, 이에 따라 제1 다이어프램(11)은 펌핑부(13)의 동작과 무관하게 이송 챔버(14)의 압력에 의해 후진이동(즉, 도 1을 기준으로 모니터링 챔버(15) 방향으로 변형)된다. 이는, 펌핑부(13) 내의 기체 또는 유체를 후진이동시켜, 제2 다이어프램(12)을 후진이동시킨다. 이에 따라, 모니터링 챔버(15)의 압력은 비정상적으로 높아진다.
반대로, 흡입로 측에 막힘이 발생하는 경우, 이송대상유체는 펌프(10)에 정상적으로 흡입되지 못하므로, 이송 챔버(14)의 압력은 낮아진다. 이는, 제1 다이어프램(11)을 전진이동(즉, 도 1을 기준으로 액체 챔버(14) 방향으로 변형됨)시키며, 연속적으로 펌핑부(13) 내의 기체 또는 유체를 전진 이동시킨다. 이에 따라 제2 다이어프램(12)은 펌핑부(13)의 동작과 무관하게 전진 이동되고, 모니터링 챔버(15)의 압력은 비정상적으로 낮아진다. 제어 회로(47)는 상기한 모니터링 챔버(15)의 압력 변화가 임계범위를 벗어나는지 여부를 이용하여 유로의 막힘 여부를 검출한다.
구체적으로, 제어 회로(47)는 일정 시간 동안의 압력값의 평균값이 임계범위 이상이면(S65), 펌프(10)를 기준으로 이송대상유체의 토출로에 막힘이 발생한 것으로 결정하고(S66), 오류 프로세스를 수행한다(S69). 다시 말해, 제어 회로(47)는 토출로(45) 및/또는 토출밸브(18)에 유로 막힘이 발생한 것으로 결정하고, 이에 대응하는 오류 프로세스를 수행한다. 이때 오류 프로세스는 전술한 바와 같이, 사용자 알림 및 시스템 상태 분석 중 적어도 하나를 수행하는 것일 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.
또는 제어 회로(47)는 일정 시간 동안의 압력값의 평균값이 임계범위 이하이면(S67), 펌프(10)를 기준으로 이송대상유체의 흡입로에 막힘이 발생한 것으로 결정하고(S68), 오류 프로세스를 수행한다(S69). 다시 말해, 제어 회로(47)는 흡입로(42) 및/또는 흡입밸브(17)에 유로 막힘이 발생한 것으로 결정하고, 이에 대응하는 오류 프로세스를 수행한다.
한편, 일정 시간 동안의 압력값의 변화 패턴이 기 설정된 패턴에 대응되며, 압력값의 평균값이 임계범위 이내라면, 제어 회로(47)는 S61 이하의 과정을 반복 수행할 수 있다.
또한, 상기 기 설정된 패턴 및 임계범위는 유체운송 시스템에서의 이상이 발생된 경우를 기초로 실험적으로 결정된 값으로서, 제조 단계에서 기 설정된 값일 수 있다.
한편, 위 설명에서는 유체운송 시스템이 대상체로 유체를 주입하는 것으로 설명하였으나, 전술한 바와 같이 유체운송 시스템이 유체를 대상체로부터 추출할 수도 있다. 이 경우, 상기한 토출로는, 예시적으로, 다공성고분자 섬유 등으로 형성된 MF(microfiltration) 프로브, UF(ultrafiltration) 프로브 등으로서, 흡입로로서 기능하고, 상기한 흡입로는 토출로로서 기능하여 대상체로부터 추출된 이송대상유체를 외부로 토출시키거나, 레저버로 이동시킬 수 있다.
도 7 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 유체운송 시스템을 사용하여 펌핑부의 미작동 및 유로 막힘을 검출하는 실험 결과의 일례이다.
도 7은 실험에 사용된 유체운송 시스템을 도시한다. 이때, 펌프는 전기삼투펌프로서, 도 2a의 핌펑부를 사용하였으며, 전기삼투펌프의 상단 외측에 압력 센서를 부착하여 압력값을 측정하였다. 이때 전기삼투펌프에는 2.5 V 전압을 30초 간격으로 교번하여 걸어주었어, 전기삼투펌프가 30초 간격으로 레저버의 액체를 흡입/토출하도록 구성하였다. 또한, 유로에 스토퍼(stopper)를위치시켜, 유로 막힘을 모사하였다.
도 8은 도 7의 유체운송 시스템을 이용하여 펌핑부의 미작동을 검출한 실험 결과로, 전기삼투펌프의 동작을 인위적으로 정지한 경우의 압력 변화를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 전기삼투펌프가 정상 작동하는 때에는(즉, 0~55초), 전기삼투펌프의 구동에 의해 웨이브 형태의 압력 변화 패턴이 나타나나, 인위적으로 전기삼투펌프를 정지시킨 이후에는 직선 형태의 압력 변화가 나타나는 것을 관찰할 수 있다.
도 9 및 도 10은 도 7의 유체운송 시스템을 이용하여 유로 막힘을 검출한 실험 결과를 도시한다. 도 9에서는 스토퍼를 카테터에 위치시켜 약 60초 이후에 인위적으로 카테터를 막음하였으며, 이에 따라 약 60초 이후부터 측정된 압력값이 점차 높아지는 것을 확인할 수 있다. 도 10에서는 스토퍼를 전기삼투펌프의 흡입로 측으로 이동시켜 약 10초 이후에 인위적으로 흡입로를 막음하였으며, 이에 따라 약 10초 이후부터 측정된 압력값이 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프를 이용하는 유체운송 시스템은 제1 다이어프램의 일측에서 이송대상유체를 이동시키는 한편, 제2 다이어프램의 일측에서 닫힌계의 공기층을 형성하고 해당 공기층의 압력을 모니터링함으로써, 용이하게 펌프의 미작동 및 시스템의 유로 막힘을 검출할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 유체운송 시스템의 동작 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독 가능매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장매체는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
본 발명의 시스템 및 방법은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍처를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (26)

  1. 펌프에 있어서,
    양압과 음압을 교번하여 발생시키는 펌핑부;
    상기 펌핑부의 일측에 구비되어 상기 양압과 음압이 교번하여 발생됨에 따라 형상이 변형되는 제1 다이어프램(diaphragm)
    상기 제1 다이어프램의 일측에 구비되어, 상기 제1 다이어프램의 변형에 대응하여 이송대상유체를 흡입 및 토출하는 이송 챔버;
    상기 펌핑부의 타측에 구비되어, 상기 양압과 음압이 교번하여 발생됨에 따라 형상이 변형되는 제2 다이어프램;
    상기 제2 다이어프램의 일측에 구비되어, 상기 제2 다이어프램의 변형에 대응하여 압력이 변화하는 모니터링 챔버; 및
    상기 모니터링 챔버의 압력 변화를 측정하는 압력측정부를 포함하는 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이송 챔버의 일면에는 상기 이송대상유체의 흡입 및 토출이 행해지는 흡입구 및 토출구가 형성되며,
    상기 흡입구 및 토출구 각각에는 상기 이송대상유체의 흐름을 허용하거나 차단하는 흡입밸브 및 토출밸브가 체결되는 것인 펌프.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡입밸브는 상기 양압 발생 시에 폐쇄되고, 상기 음압 발생 시에 개방되며,
    상기 토출밸브는 상기 양압 발생 시에 개방되고, 상기 음압 발생 시에 폐쇄되는 것인 펌프.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡입밸브 및 상기 토출밸브는 체크 밸브(check valve)인 것인 펌프.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력측정부는
    상기 모니터링 챔버 내부에 구비되어, 상기 제2 다이어프램이 변형됨에 따른 상기 모니터링 챔버의 용량변화, 자력세기 변화, 저항 변위 및 전압 변위 중 적어도 하나를 기초로 상기 모니터링 챔버의 압력을 검출하는 압력센서인 것인 펌프.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력측정부는,
    상기 제2 다이어프램의 변형도를 기초로 상기 모니터링 챔버의 압력을 검출하는 압력센서인 것인 펌프.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌핑부는
    멤브레인(membrane) 양측에 구비된 제1 전극 및 제2 전극과 유체경로부를 포함하며, 상기 제1 및 제2 전극에 전압의 극성이 교번하여 공급됨에 양압과 음압을 교번하여 발생시키되,
    상기 제1 및 제2 전극은 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질로 형성되는 것인 펌프.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 양압과 음압은 상기 제1 및 제2 전극에서의 가역적인 전기화학 반응에 의해 발생되며,
    상기 제1 및 제2 전극의 가역적인 전기화학 반응은 전하균형이 맞추어지는 방향으로 양이온이 이동됨으로써 일어나는 것인 펌프.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가역적인 전기화학 반응에 의해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각은 소모 및 재생이 반복되는 것인 펌프.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 음이온 고분자가 혼입된 전도성 고분자를 포함하는 것인 펌프.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 탄소 나노 구조체를 포함하는 것인 펌프.
  12. 복수의 다이어프램(diaphragm)이 구비된 펌프를 이용하는 유체운송 시스템에 있어서,
    양압과 음압을 교번하여 발생시키는 펌핑부의 양측에 구비되어 상기 양압과 음압에 따라 형상이 변화하는 제1 다이어프램 및 제2 다이어프램을 포함하며, 상기 제1 다이어프램의 형상 변화에 따라 이송대상유체를 흡입 및 토출하는 이송 챔버와 상기 제2 다이어프램의 형상 변화에 따라 압력이 변화하는 모니터링 챔버를 포함하고, 상기 모니터링 챔버의 압력을 측정하는 압력측정부를 포함하는 펌프;
    이송대상유체가 저장된 레저버(reservoir);
    상기 레저버에서 토출된 상기 이송대상유체가 상기 펌프로 흡입되는 유체이송로인 흡입로;
    상기 펌프에서 토출된 상기 이송대상유체의 유체이송로인 토출로; 및
    상기 압력측정부에서 측정된 압력값을 모니터링하여 상기 펌프의 이상을 검출하는 제어 회로를 포함하는 유체운송 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어 회로는
    일정 시간 동안 측정된 압력값의 변화 패턴 및 상기 일정 시간 동안 측정된 압력값의 평균값을 기초로, 상기 펌프의 펌핑부 미동작 및 유체이송로 막힘을 검출하는 것인 유체운송 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어 회로는
    상기 압력값의 변화 패턴이 기 설정된 패턴에 대응되는 경우, 상기 펌프의 펌핑부가 정상 동작하는 것으로 결정하고, 상기 압력값의 변화 패턴이 상기 기 설정된 패턴에 대응되지 않는 경우, 상기 펌프의 펑핑부가 미동작하는 것으로 결정하되,
    상기 기 설정된 패턴은 기 설정된 진폭 및 주기를 갖는 웨이브 형태인 유체운송 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어 회로는
    상기 압력값의 평균값이 임계범위 이상이면, 상기 토출로가 막힌 것으로 결정하는 유체운송 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어 회로는
    상기 일정 시간 동안의 압력값의 평균값이 임계범위 이하이면, 상기 흡입로가 막힌 것으로 결정하는 것인 유체운송 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 펌프의 일면에는 상기 이송대상유체의 흡입 및 토출이 행해지는 흡입구 및 토출구가 형성되며,
    상기 흡입구 및 토출구 각각에는 상기 이송대상유체의 흐름을 허용하거나 차단하는 흡입밸브 및 토출밸브가 체결되는 것인 유체운송 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 흡입로의 일단은 상기 레저버의 일측에 구비된 토출구에 체결되고, 타단은 흡입밸브에 체결되며,
    상기 토출로의 일단은 상기 토출밸브에 체결되고, 타단은 대상체에 주입되는 것인 유체운송 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 토출로는 카테터(catheter), 캐뉼라(cannula) 및 주입침 중 적어도 하나인 것인 유체운송 시스템.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 다이어프램 및 상기 제2 다이어프램 각각의 적어도 일부는
    상기 펌프에서 음압이 발생됨에 따라, 상기 모니터링 챔버 방향으로 이동되며,
    상기 펌프에서 상기 양압이 발생됨에 따라 상기 이송 챔버 방향으로 이동되는 것인 유체운송 시스템.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 펌프의 펌핑부는
    멤브레인(membrane) 양측에 구비된 제1 전극 및 제2 전극과 유체경로부를 포함하며, 상기 제1 및 제2 전극에 전압의 극성이 교번하여 공급됨에 따라 상기 양압과 음압을 교번하여 발생시키되,
    상기 제1 및 제2 전극은 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질로 형성되는 것인 유체운송 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 양압과 음압은
    상기 제1 전극 및 제2 전극에서의 가역적인 전기화학 반응에 의해 발생되며,
    상기 제1 전극 및 제2 전극의 가역적인 전기화학 반응은 전하균형이 맞추어지는 방향으로 양이온이 이동됨으로써 일어나는 것인 유체운송 시스템.
  23. 펌핑부의 양측에 구비되어 펌핑부의 구동에 의해 적어도 일부가 전진 및 후진 이동되는 제1 다이어프램(diaphragm) 및 제2 다이어프램을 포함하는 펌프를 이용하는 유체운송 시스템의 동작 방법에 있어서,
    (a) 상기 제1 다이어프램의 적어도 일부가 전진 및 후진 이동하여 상기 제1 다이어프램의 일측에 구비된 이송 챔버로 이송대상유체가 흡입 및 토출되도록, 상기 펌핑부에 서로 다른 극성의 전압을 교번하여 공급하는 단계;
    (b) 상기 제2 다이어프램의 일측에 구비된 모니터링 펌프의 압력 변화를 모니터링하는 단계; 및
    (c) 일정 시간 동안 측정된 압력값의 변화 패턴 및 상기 일정 시간 동안 측정된 압력값의 평균값을 기초로 상기 펌프의 이상을 검출하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 다이어프램은
    상기 펌핑부에 서로 다른 극성의 전압이 교번하여 공급됨에 따라, 상기 제1 다이어프램과 동일한 방향으로 적어도 일부가 전진 및 후진 이동되는 것인 동작 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 압력값의 변화 패턴이 기 설정된 패턴에 대응되는 경우, 상기 펌프가 정상 동작하는 것으로 결정하고, 상기 압력값의 변화 패턴이 상기 기 설정된 패턴에 대응되지 않는 경우, 상기 펌프에 이상이 발생한 것으로 결정하되,
    상기 기 설정된 패턴은 기 설정된 진폭 및 주기를 갖는 웨이브 형태인 동작 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 펌프의 일면에는 상기 이송대상유체의 흡입 및 토출이 행해지는 흡입로 및 토출로가 형성되며,
    상기 (c) 단계는
    (c-1) 상기 압력값의 평균값이 임계범위 이상이면, 상기 토출로에 유로 막힘이 발생한 것으로 결정하는 단계; 및
    (c-2) 상기 압력값의 평균값이 상기 임계범위 이하이면, 상기 흡입로에 유로 막힘이 발생한 것으로 결정하는 단계를 포함하는 것인 동작 방법.
  26. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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